CN101978324A - 用于微光刻的投射物镜 - Google Patents

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Abstract

一种用于微光刻的投射物镜(7)被用于将物平面(5)中的物场(4)成像为像平面(9)中的像场(8)。所述投射物镜(7)包括至少六个反射镜(M1至M6)，其中至少一个反射镜具有自由形状反射面。根据本发明的第一方面，投射物镜(7)的总长度(T)与物像位移(dOIS)的比小于12。根据本发明的另一方面，像平面(9)是物平面(5)的下游的投射物镜(7)的第一个场平面。根据本发明的另一方面，投射物镜具有多个反射镜(M1至M6)，其中总长度(T)与物像位移(dOIS)之间的比小于2。

Description

用于微光刻的投射物镜
技术领域
本发明涉及一种用于微光刻的投射物镜。此外，本发明涉及一种具体包括该类型的投射物镜的光学系统、包括该类型的光学系统的投射曝光设备、使用该类型的投射曝光设备产生微结构元件的方法、以及根据该方法产生的微结构元件。
背景技术
例如在US 6 266 389 B1、US 2005/0134980 A1、US 2007/0195317 A1、US 2007/0058269 A1、US 2007/0223112 A、US 6 396 067 B1、US 6 361 176 B1以及US 6 666 560 B2中公开了用于微光刻的投射物镜。
已知的投射物镜在它们的总透过率方面、不希望的切趾方面以及它们的空间需求方面仍然需要提高，特别是在它们被暴露到EUV照明光的情况中。
发明内容
因此，本发明的目的在于提高开头所命名的类型的投射物镜，使得提高它的总透过率，并避免或降低负面的切趾效应。作为可选或附加，投射物镜必须尽量紧凑。
根据本发明，通过具有权利要求1中陈述的特征的投射物镜、通过具有权利要求2中陈述的特征的投射物镜、通过具有权利要求5中陈述的特征的投射物镜以及通过具有权利要求10中陈述的投射物镜实现该目的。
根据本发明的第一方面，所述投射物镜配备了至少六个反射镜，其中至少一个所述反射镜具有自由形状表面，并且其中所述投射物镜的总长度与所述投射物镜的物像位置之间的比小于12。该类型的投射物镜可以在物平面与像平面之间具有中间像平面。这允许在最小化各个反射镜(即它们的全反射面)的尺寸的同时实现给定的成像需求。在具有中间像平面的实施例中，可以使用具有相对小半径曲率的反射镜。此外，其中可以在暴露的反射面与经过反射镜的成像光束之间保持相对较大的工作距离的物镜设计也可行。物像位移的绝对值可以大于120mm，优选地大于150mm，且更优选地大于200mm。
根据本发明的另一方面，所述投射物镜具有至少六个反射镜，其中至少一个反射镜具有自由形状反射表面。该投射物镜的像平面是物平面的下游的投射物镜的第一个场平面。如果相应地省略了在投射物镜的物平面与像平面之间的中间像平面，则这允许入射角度的范围(即成像光束入射到各个反射镜上的最大和最小入射角的差)被保持得小。这降低了对反射镜上的反射膜的要求。然后可以在高峰值反射方面或者横跨反射镜表面的均匀反射方面优化反射膜，其中，实践中可以忽略一个反射镜上的入射角的严重变化。结果是允许避免或减少不希望的切趾效应的、具有良好的总透过率的投射物镜。如果至少一个反射镜被设计为自由形状反射面，则根据本发明的投射物镜呈现出小成像误差，即使未提供中间像平面。投射物镜的所述至少六个反射镜允许容易校正成像误差。根据本发明的投射物镜可以是反射镜投射物镜，即，其中所有成像光束引导元件都是反射元件的投射物镜。
根据权利要求3的投射物镜是紧凑的，且确保物场与像场的良好分离。总长度与物像位移之间的比优选地小于2，更优选地小于1.5，甚至更优选小于1.1。
根据权利要求4的自由形状反射面允许成像误差被投射物镜最小化。其它类型的自由形状表面也可行。不能通过相对于所标记的轴旋转对称的函数描述该类型的自由形状表面，该标记的轴为反射镜表面的表面区域的法线。特别地，不能通过描述圆锥截面的类型的非球面方程描述该类型的自由形状表面；此外，为了描述反射镜表面，它们需要至少两个独立的参数。当将反射镜表面表征为自由形状表面时，光学活动的反射镜表面的边界形状不重要。自然地，从现有技术获知不具有旋转对称边界的光学活动表面。然而，仍然可以通过旋转对称函数描述该类型的光学活动表面，其中使用所述光学表面的边界不旋转对称的区域。
根据权利要求5的投射物镜是紧凑的，且确保物场与像场的良好分离。总长度与物像位移之间的比优选地小于1.5，更优选小于1.1。根据权利要求4的投射物镜也可以是反射镜投射物镜。
权利要求6至9的优点对应于上文已经关于根据本发明的投射物镜描述的优点。
根据本发明的另一方面，投射物镜具有多个反射镜，其中至少一个反射镜具有自由形状反射表面，以及至少一个在物平面与像平面之间的中间像平面，其中，投射物镜的总长度与物像位置之间的比小于12。通过使用所述至少一个自由形状反射面，甚至可以在具有中间像平面的投射物镜中获得明显的物像位移。这可以特别地用于引导照明光经过配备了投射物镜的投射曝光设备的额外元件，而不需要在入射投射物镜的反射镜的入射角上进行折衷。特别地，照明光的几乎所有反射都可以利用小入射角(或者，替代地，非常大的入射角(掠入射))获得。根据本发明的此方面的投射物镜的中间像平面允许在物平面与像平面之间引导多束成像光，所述束具有相对较小的典型束尺寸或束直径，除了在限定投射物镜的数值孔径的最后的反射镜的附近引导的束。这有助于在使用投射物镜的投射曝光期间的虚光控制。此外，包括至少一个中间像平面的投射物镜具有至少两个瞳平面，其中一个被安排在物平面与所述至少一个中间像平面之间，而另一个被安排在所述至少一个中间像平面与像平面之间。这增强了通过影响光瞳平面中的或与其相邻的束而控制照明参数的可能性。
权利要求11和12的优点对应于上文已经关于根据前面方面的本发明的投射物镜描述的优点。
根据权利要求13的分配到中心物场点的主光线的路径允许在小到中入射角的情况下在投射物镜的反射镜上获得大物像位移。在这种主光线路径的情况中，主光线的路径中不存在将主光线在法线方向上引导返回的部分，将主光线在法线方向上引导返回对于获得大物像位置将起反作用。
根据权利要求14的物像位移的绝对值证明对于将投射光学系统的物场的上游的照明光光束路径从投射物镜中的成像光束路径在空间上分离是有利的。
根据权利要求15的入射角范围与像侧上的数值孔径之间的比有利地导致对反射镜上的反射膜的低要求。优选地，入射角范围为最大15°，更优选为最大13°，更优选最大12°，甚至更优选最大10°。因此，入射角范围与投射物镜的像侧上的数值孔径之间的比为最大60°，更优选为最大52°，更优选最大48°，甚至更优选最大40°。可以提供0.25的像侧上的数值孔径。还可以提供0.25与例如0.9之间的范围中的像侧上的其它数值孔径，即，例如0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9的像侧上的数值孔径；这将使得入射角范围与投射物镜的像侧上的数值孔径之间的比相应地改变。
根据权利要求16的数值孔径(NA＝nsinα，其中，n：折射率，例如闪光玻璃的折射率；α：像侧上的物镜的半孔径角)导致投射物镜的良好空间分辨率。成像光束入射在投射物镜的一个反射镜上的最大和最小入射角之间的差优选为最大0.9arcsin(NA)，更优选为最大0.8arcsin(NA)，甚至更优选为0.7arcsin(NA)。
根据权利要求17的场尺寸在操作包括该类型的投射物镜的投射曝光设备时确保良好的通过量。
根据权利要求18的入射角允许使用反射掩模，在反射掩模上设置了要使用所述投射物镜成像的结构反射掩膜。特别地，入射角为6°。
本发明的另一目的在于改进包括投射物镜和用于微光刻的照明光学系统的光学系统，所述照明光学系统用于引导由光源发射的照明光以及用于照明物场，使得在引导照明光时反射损耗降到最小。
根据本发明通过具有权利要求19所陈述的特征的光学系统实现此目的。
投射物镜的总长度与中间焦点像位移的这样的比可以确保可以引导照明光经过在像侧上需要大空间的元件，而不需要任何额外的照明光引导光学元件，并且不需要可能减低通过量的极端入射角。投射物镜的总长度与中间焦点像位移之间的比可以小于3，小于2，小于1.90，小于1.80，并且特别地为1.75。甚至更小的比也是可行的。
当在像场的中心中的像平面中测量时，像侧上的典型空间需要约为1m，特别地，也在照明光学系统的元件的方向上，并且当远离像平面并垂直于像平面测量时也约是1m。
根据权利要求20的光学系统的优点对应于已经一方面关于根据本发明的投射光学系统、另一方面关于根据本发明的光学系统所解释的优点。
根据权利要求21的中间焦点的安排使得能以特别小的入射照明光学系统上的元件的最大入射角引导照明光。
根据权利要求22的照明光学系统的设计由于低数量的反射元件而具有高照明光通过量。特别地，照明光学系统可以具有聚光器以及仅两个额外的反射镜，即，仅两个额外的反射元件。
根据权利要求23的投射曝光设备、根据权利要求24的生产方法以及根据权利要求25的微结构或纳米结构元件的优点对应于上文已经关于根据权利要求1至19的投射物镜以及关于根据权利要求20至22的光学系统所解释的优点。
根据本发明的投射物镜、根据本发明的光学系统以及根据本发明的投射曝光设备的优点特别是在EUV光被用作照明光时变得很明显。
附图说明
下文将通过附图更详细地描述本发明的示例，其中：
图1示出了用于微光刻的投射曝光设备的概略图；
图2示出了穿过根据权利要求1的投射曝光设备的投射光学系统的实施例的、包含示例性成像光束路径的子午面；
图3示出了投射光学系统的另一实施例的与图2类似的视图；
图4示出了投射光学系统的另一实施例的与图2类似的视图；
图5示出了投射光学系统的另一实施例的与图2类似的视图；
图6示出了包括根据图5的投射光学系统的投射曝光设备的概略图；以及
图7示出了包括根据图5的投射光学系统的投射曝光设备的另一实施例的与图6类似的视图。
具体实施方式
用于微光刻的投射曝光设备1包括用于照明光3的光源2。光源2是产生波长在5nm和30nm之间的光的EUV光源。其它EUV波长也可以。可选地，还可以使用例如具有可见光波长、UV波长、DUV波长或VUV波长的照明光3操作投射曝光设备1。图1中非常概略地示出了照明光3的光束路径。
使用照明光学系统6将照明光3引导到物平面5中的物场4。投射物镜形式中的投射光学系统7被用于以给定的缩小比将物场4成像到像平面9中的像场8中。该缩小比是4∶1。当被成像到像场8中时，通过投射光学系统7，物场4的尺寸被因此缩小了4倍。
例如，投射光学系统7将像缩小4倍。其它的像比例也可行，例如5x、6x、8x或甚至大于8x的像比例。小于4x的像比例也可行。
像平面9与物平面5平行。在该过程中，反射掩膜10与物场4重叠的部分被成像。所述部分被成像到以晶片形式的衬底11的表面上，所述衬底被衬底支撑器12支撑。
为了帮助位置关系的描述，附图包括了xyz坐标系。在图1中，x轴垂直于附图平面并从观看者指向附图平面内。Y轴延伸到图1的右边。Z轴在图1中向下延伸。
在投射曝光期间，在y方向上同步地扫描被掩膜母版支撑器(未示出)支撑的反射掩膜10与衬底11。
图2示出了投射光学系统7的光学设计的第一实施例，该图示出了由两个隔开的场点发射的照明光13的各个成像光束13。所述成像光束13之一是中心场点的主光线，即，恰好位于连接物场4或像场8的角的对角线的交点上的场点的主光线。
在投射光学系统7中，像平面9是物平面5的下游的投射光学系统7的第一场平面。换句话说，投射光学系统7不具有中间像平面。
投射光学系统7在像侧上具有0.25的数值空间。总长度T(即投射光学系统7的物平面5与像平面9中间的距离)为1585mm。
在其中物平面5与像平面9不平行的投射光学系统的其它可行实施例中(未示出)，总长度T被定义为中心场点距离像平面的距离。在配备了奇数个反射镜(例如，7个或9个反射镜)的另一可行投射物镜(未示出)中，总长度被定义为反射镜之一与场平面之一之间的最大距离。
投射光学系统7的物像位移dOIS为1114.5mm。物像位移dOIS是中心物场点到像平面8上的垂直投射点P与中心像点的距离。
因此，在根据图2的投射光学系统中，总场T与物像位移dOIS的比是约1.42。
投射光学系统7在像平面9上的场尺寸在y方向上为2mm、在x方向上为26mm，而在物平面5中，场尺寸在y方向上为8mm、在x方向上为108mm。
物场4和像场8是矩形。所述场一般还可以有具有相应的xy高宽比的圆的扇形的形状，换句话说，它们还可以具有弯曲的形状。
场的y维度还被称为缝高，而x维度还被称为缝宽。
成像光束13入射到物场4上(即反射掩膜10上)的入射角β为6°。其它的入射角β也可行。
投射光学系统7包括六个反射镜M1、M2、M3、M4、M5、M6，它们被以暴露于照明光3的顺序编号。反射镜M3和M6是凹面。反射镜M4是凸面。应该注意，图2仅示出了反射镜M1至M6的反射面；省略了其它方面，诸如整个镜体或相关的支撑架。
反射镜M1至M6分别以特定的入射角范围暴露于照明光3。所述入射角范围是入射各个反射镜M1至M6的最小入射角αmin与最大入射角αmax之间的差。在图2中通过投射光学系统7的具有最大绝对入射角范围的倒数第二个反射镜M5的示例示出这一点。
下表示出了反射镜M1至M6的入射角范围αmax-αmin：
  反射镜   αmax-αmin
  M1   4,4°
  M2   5,5°
  M3   2,3°
  M4   2,2°
  M5   10°
  M6   9,6°
在图2的子午面中，可以在反射镜M5的右手边发现约为14°的最小入射角αmin。可以在反射镜M5的左手边发现约为24°的图2的最大入射角αmax。因此，反射镜M5具有10°的入射角范围。该入射角范围同时也是入射反射镜M1至M6之一的入射角之间的最大差。入射投射光学系统7的反射镜M1至M6的入射角几乎仅(exclusively)在小角(0°≤α≤7°)近似的良好实现的范围中。因此，反射镜M1至M6被涂布反射涂层，该反射涂层在它们的整个反射面上被均匀施加。
特别地，反射膜是多层膜，即，正如通常用于EUV反射膜的钼层和硅层交替的叠层(stack)。仅10°的小最大入射角范围确保在所有反射镜M1至M6上的反射很好地近似为恒定。因此，在投射光学系统7中避免了各个反射镜表面的反射上的不希望的变化或过分的切趾。切趾被定义为照明光3在光瞳上的强度分布的变化。如果Imax是照明光3在投射光学系统7的光瞳平面中的最大强度，并且Imin是照明光3在所述光瞳平面上的最小强度，则值A＝(Imax-Imin)/Imax是切趾的量度。
反射镜M1至M6中的至少一个具有自由形状反射面的反射面，所述自由形状反射面具有双锥的基本形状，并且被使用以下表面公式描述：
z = cvx · x 2 + cvy · y 2 1 + 1 - cvx 2 ( ccx + 1 ) x 2 - cvy 2 ( ccy + 1 ) y 2 + Σ i = 0 n Σ j = 0 i α j , i - j x j y i - j
x和y表示反射面上的、从坐标原点开始的坐标，坐标原点定义为穿过反射面的法线的穿过点。理论上，该穿过点可以被放置在有用的反射面之外。z表示自由形状反射面的弧矢高度。系数cvx和cvy描述自由形状反射面在xy切面图和xz切面图中的曲率。系数ccx和ccy是锥体参数。
自由形状表面公式由第一双锥项与随后的带有系数aji的xy多项式组成。
下表具体描述投射光学系统7中的反射镜M1至M6的光学表面的排列和形状。
在表1的第一列中，由数字表示所选择的表面。第二列包含每个表面与各自最近的表面在z方向上的各个距离。表1的第三列列出了每个表面的局部坐标系相对于全局坐标系的各个y轴偏。
表1的最后一列允许所定义的表面被分配给投射光学系统7的元件。
  表面   与前一表面的距离   y轴偏
  0   0,000000   0   像平面
  1   708,322803   0
  2   -617,533694   -91,468948   M6
  3   583,375491   -91,682056   M5
  4   -593,218566   -91,059467   M4
  5   648,730180   -155,250886   M3
  6   -403,572644   -96,008370   M2
  7   674,571026   -73,556295   M1
  8   0,000000   -656,479198   物平面
表1
表2包含反射镜M6(表面2)、M5(表面3)、M4(表面4)、M3(表面5)、M2(表面6)和M1(表面7)的各个自由形状反射面的数据。未列在表中的系数等于0。此外，以下适用：RDX＝1/cvx；RDY＝1/cvy。
  自由形状数据
  表面   2
  RDY   -970,864728
  RDX   -994,977890
  CCY   0,433521
  CCX   0,477907
j i-j aj，i-j
  0   1   -1,160933E-03
  2   0   -2,807756E-05
  0   2   -2,400704E-05
  2   1   -2,727535E-10
  0   3   -1,561712E-09
  表面   3
  RDY   -859,920276
  RDX   -909,711920
  CCY   2,066084
  CCX   2,157360
j i-j aj，i-j
  0   1   -6,956243E-03
  2   0   4,069558E-04
  0   2   4,110308E-04
  2   1   -1,135961E-08
  0   3   -3,068762E-08
  表面   4
  RDY   2123,400000
  RDX   1668,900000
  CCY   11,575729
  CCX   7,435682
j i-j aj，i-j
  0   1   1,393833E-01
  2   0   3,570289E-04
  0   2   4,726719E-04
  2   1   4,922014E-08
  0   3   1,301911E-09
  表面   5
  RDY   1292,100000
  RDX   1411,600000
  CCY   -0,067691
  CCX   0,332429
j i-j aj，i-j
  0   1   2,827164E-03
  2   0   3,218435E-05
  0   2   6,355344E-07
  2   1   3,212318E-09
  0   3   3,463152E-09
  表面   6
  RDY   -2615,500000
  RDX   -11975,000000
  CCY   0,354474
  CCX   58,821858
j i-j aj，i-j
  0   1   -1,510373E-01
  2   0   2,929133E-04
  0   2   3,971921E-04
  2   1   -2,211237E-08
  0   3   2,084484E-08
  表面   7
  RDY   171,052222
  RDX   507,844993
  CCY   -1,000256
  CCX   -1,006263
j i-j aj，i-j
  0   1   1,224307E-02
  2   0   -7,916373E-04
  0   2   -2,757507E-03
  2   1   -3,313700E-08
  0   3   -7,040288E-09
表2
图3示出了可以用在根据图1的投射曝光设备1中代替投射光学系统7的投射光学系统14的另一实施例。对应于上文已经关于投射光学系统7解释的元件的投射光学系统14的元件具有相同的附图标记，且不再详细描述。
投射光学系统14在像侧上具有0.25的数值孔径。投射光学系统14的总长度T为1000mm。投射光学系统14的物像位移dOIS为656.5mm。因此T/dOIS的比约为1.52。
在投射光学系统14中，也可以在反射镜M5上发现12°的最大入射角范围。在反射镜M5上图3的右手边发现约6°的最小入射角。在反射镜M5上图3的左手边发现约18°的最大入射角。在投射光学系统14中，像平面9也是物平面5的下游的第一个场平面。
在投射光学系统14中，反射镜M1至M6中至少一个也是双锥的自由形状反射面。
下表具体描述投射光学系统14中的反射镜M1至M6的光学表面的排列和形状。
在表3的第一列中，由数字表示所选择的表面。第二列包含每个表面与各自最近的表面在z方向上的各个距离。表3的第三列列出了每个表面的局部坐标系相对于全局坐标系的各个y轴偏。
表3的最后一列允许所定义的表面被分配给投射光学系统14的元件。
  表面   与前一表面的距离   y轴偏
  0   0,000000   0   像平面
  1   636,883689   0
  2   -584,268871   -127,232050   M6
  3   649,268844   -127,625397   M5
  4   -689,518581   -127,310875   M4
  5   635,140406   -214,759354   M3
  6   -438,983578   -160,525812   M2
  7   792,496449   -161,853347   M1
  8   0,000000   -978,074419   物平面
表3
表4包含反射镜M6(表面2)、M5(表面3)、M4(表面4)、M3(表面5)、M2(表面6)和M1(表面7)的各个自由形状反射面的数据。未列在表中的系数等于0。此外，以下适用：RDX＝1/cvx；RDY＝1/cvy。
  自由形状数据
  表面  2
  RDY   -1024,300000
  RDX   -1051,200000
  CCY   0,715756
  CCX   0,739924
j i-j aj，i-j
  0   1   -7,576779E-04
  2   0   -3,738732E-05
  0   2   -4,247383E-05
  2   1   9,295774E-10
  0   3   -2,890724E-09
  4   0   -7,975116E-13
  2   2   -5,165327E-12
  0   4   3,661841E-13
  4   1   -7,996231E-16
  2   3   2,111768E-15
  0   5   -1,722248E-15
  6   0   -5,045304E-19
  4   2   5,124801E-18
  2   4   6,369116E-18
  0   6   -1,032383E-18
  表面   3
  RDY   -1035,900000
  RDX   -1101,300000
  CCY   2,617124
  CCX   2,951155
j i-j aj，i-j
  0   1   -2,179019E-03
  2   0   4,431389E-04
  0   2   4,560760E-04
  2   1   -1,644268E-08
  0   3   -2,950490E-08
  4   0   2,263165E-11
  2   2   1,778578E-11
  0   4   1,964554E-12
  4   1   1,279827E-14
  2   3   6,648394E-14
  0   5   -2,265488E-14
  6   0   2,095952E-17
  4   2   4,287989E-17
  2   4   -1,642439E-17
  0   6   -2,118969E-17
  表面   4
  RDY   1665,900000
  RDX   1372,000000
  CCY   9,138623
  CCX   1,926620
j i-j aj，i-j
  0   1   2,014437E-01
  2   0   2,109164E-04
  0   2   4,684147E-04
  2   1   1,447739E-09
  0   3   3,484838E-09
  4   0   -1,165581E-24
  2   2   4,175896E-13
  0   4   7,119405E-12
  4   1   5,269322E-14
  2   3   -2,420761E-14
  0   5   -2,012170E-14
  6   0   -3,454027E-16
  4   2   1,557629E-16
  2   4   -1,050420E-15
  0   6   -2,742748E-17
  表面   5
  RDY   1238,200000
  RDX   1414,200000
  CCY   -0,000012
  CCX   0,119482
j i-j aj，i-j
  0   1   1,047982E-02
  2   0   2,196150E-05
  0   2   7,186632E-07
  2   1   4,040466E-09
  0   3   9,100125E-09
  4   0   5,634656E-12
  2   2   -2,298266E-14
  0   4   -4,645176E-13
  4   1   9,046464E-16
  2   3   -2,605868E-16
  0   5   -1,673891E-15
  6   0   -2,618503E-18
  4   2   4,839689E-18
  2   4   -6,947211E-18
  0   6   -4,314040E-18
  表面   6
  RDY   -3684,400000
  RDX   -3506,300000
  CCY   -0,001235
  CCX   0,415150
j i-j aj，i-j
  0   1   -1,767860E-01
  2   0   5,073838E-04
  0   2   5,272916E-04
  2   1   -3,957421E-08
  0   3   8,058238E-09
  4   0   7,959552E-25
  2   2   -7,112502E-13
  0   4   6,827653E-13
  4   1   -2,253930E-13
  2   3   1,303253E-13
  0   5   1,567942E-15
  6   0   -2,326019E-16
  4   2   -2,314170E-16
  2   4   1,309455E-16
  0   6   -5,879379E-18
  表面   7
  RDY   167,705178
  RDX   408,126726
  CCY   -1,001961
  CCX   -0,994641
j i-j aj，i-j
  0   1   -2,378224E-04
  2   0   -1,003186E-03
  0   2   -2,870643E-03
  2   1   -3,511331E-09
  0   3   -1,211650E-07
  4   0   -7,010621E-11
  2   2   -5,812898E-12
  0   4   -4,637999E-13
  4   1   -1,913197E-13
  2   3   6,243649E-16
  0   5   4,280774E-16
  6   0   -5,399656E-17
  4   2   -1,237113E-16
  2   4   1,580174E-19
  0   6   6,222451E-19
表4
图4示出了可以用在根据图1的投射曝光设备1中代替投射光学系统7的投射光学系统15的另一实施例。对应于上文已经关于投射光学系统7解释的元件的投射光学系统15的元件具有相同的附图标记，且不再详细讨论。
投射光学系统15在像侧上具有0.32的数值孔径。投射光学系统15的总长度T为1000mm。投射光学系统15的物像位移dOIS为978mm。因此T/dOIS的比约为1.02。
在投射光学系统15中，也可以在反射镜M5上发现13°的最大入射角范围。在反射镜M5上图4的右手边发现约9°的最小入射角。在反射镜M5上图4的左手边发现约22°的最大入射角。在投射光学系统15中，像平面9也是物平面5的下游的第一个场平面。
在投射光学系统15中，反射镜M1至M6中至少一个也是双锥的自由形状反射面。
下表具体描述投射光学系统15中的反射镜M1至M6的光学表面的排列和形状。
在表5的第一列中，由数字表示所选择的表面。第二列包含每个表面与各自最近的表面在z方向上的各个距离。表5的第三列列出了每个表面的局部坐标系相对于全局坐标系的各个y轴偏。
表5的最后一列允许所定义的表面被分配给投射光学系统15的元件。
  表面   与前一表面的距离   y轴偏
  0   0,000000   0,000000   像平面
  1   726,023335   0,000000
  2   -577,595015   -192,238869   M6
  3   745,417411   -192,777551   M5
  4   -738,103985   -192,462469   M4
  5   994,730526   -243,767917   M3
  6   -450,919688   -164,949143   M2
  7   885,694809   -165,918838   M1
  8   0,000000   -1114,493643   物平面
表5
表6包含反射镜M6(表面2)、M5(表面3)、M4(表面4)、M3(表面5)、M2(表面6)和M1(表面7)的各个自由形状反射面的数据。未列在表中的系数等于0。此外，以下适用：RDX＝1/cvx；RDY＝1/cvy。
  自由形状数据
  表面   2
  RDY   -1172,300000
  RDX   -1295,000000
  CCY   0,787469
  CCX   1,053600
j i-j aj，i-j
  0   1   -7,219074E-04
  2   0   -3,578974E-05
  0   2   -2,128273E-05
  2   1   7,097815E-10
  0   3   -1,618913E-09
  4   0   -2,252005E-12
  2   2   -3,895991E-12
  0   4   2,750606E-13
  4   1   -4,464498E-15
  2   3   -4,637860E-16
  0   5   -6,920120E-16
  6   0   -3,637297E-18
  4   2   2,537830E-18
  2   4   1,002850E-17
  0   6   -3,044197E-18
  表面   3
  RDY   -1236,400000
  RDX   -1536,200000
  CCY   2,551177
  CCX   4,047183
j i-j aj，i-j
  0   1   -6,558677E-03
  2   0   3,540129E-04
  0   2   4,133618E-04
  2   1   -1,904320E-08
  0   3   -3,576692E-08
  4   0   1,496417E-12
  2   2   1,864663E-11
  0   4   3,000005E-12
  4   1   -7,105811E-15
  2   3   5,293727E-14
  0   5   -1,509974E-14
  6   0   2,907360E-18
  4   2   5,694619E-17
  2   4   8,177232E-17
  0   6   4,847943E-18
  表面   4
  RDY   2267,500000
  RDX   1709,200000
  CCY   13,716154
  CCX   2,188445
j i-j aj，i-j
  0   1   2,536301E-01
  2   0   1,786226E-04
  0   2   4,303983E-04
  2   1   -5,494928E-10
  0   3   4,116436E-09
  4   0   -2,775915E-11
  2   2   3,269596E-11
  0   4   3,121929E-12
  4   1   2,286620E-14
  2   3   1,431437E-14
  0   5   -8,016660E-15
  6   0   -8,966865E-17
  4   2   3,631639E-16
  2   4   -3,150250E-16
  0   6   -7,235944E-18
  表面   5
  RDY   1453,100000
  RDX   1691,600000
  CCY   0,004158
  CCX   0,130787
j i-j aj，i-j
  0   1   1,413720E-02
  2   0   1,853431E-05
  0   2   8,632041E-07
  2   1   2,471907E-09
  0   3   1,031600E-08
  4   0   1,594814E-12
  2   2   1,271047E-13
  0   4   -8,477699E-14
  4   1   1,841514E-15
  2   3   1,063273E-15
  0   5   -3,890516E-16
  6   0   -7,937130E-19
  4   2   4,923627E-18
  2   4   -3,489821E-18
  0   6   -3,625541E-18
  表面   6
  RDY   -3061,000000
  RDX   -3961,700000
  CCY   0,069638
  CCX   0,416068
j i-j aj，i-j
  0   1   -1,950186E-01
  2   0   4,908498E-04
  0   2   5,948960E-04
  2   1   -2,711540E-08
  0   3   1,073427E-08
  4   0   -3,053221E-12
  2   2   -5,601149E-12
  0   4   4,072326E-13
  4   1   -3,675214E-13
  2   3   3,165916E-14
  0   5   -1,649353E-15
  6   0   -8,908751E-17
  4   2   -2,427088E-16
  2   4   2,643106E-16
  0   6   -7,400900E-18
  表面   7
  RDY   210,148013
  RDX   383,382688
  CCY   -1,001702
  CCX   -0,999069
j i-j aj，i-j
  0   1   -2,506963E-04
  2   0   -1,093695E-03
  0   2   -2,285463E-03
  2   1   -7,246135E-09
  0   3   -1,030905E-07
  4   0   -7,535621E-11
  2   2   -4,600461E-12
  0   4   -9,217052E-14
  4   1   -2,057821E-13
  2   3   2,433632E-16
  0   5   1,627316E-16
  6   0   -1,969282E-17
  4   2   -1,033559E-16
  2   4   2,086873E-17
  0   6   1,058816E-18
表6
图5示出了可以用在根据图1的投射曝光设备1中代替投射光学系统7的投射光学系统16的另一实施例。对应于上文已经关于投射光学系统7解释的元件的投射光学系统16的元件具有相同的附图标记，且不再详细讨论。
投射光学系统16在像侧上具有0.35的数值孔径。投射光学系统16的总长度T为1500mm。投射光学系统16的物像位移dOIS为580mm。因此T/dOIS的比约为2.59。
在投射光学系统16的反射镜M5上，存在0.15°的最小入射角和23.72°的最大入射角。因此，在反射镜M5上发现的最大入射角范围为23.58°，其是在投射光学系统16的反射镜之一上发现的最大入射角范围。
投射光学系统16在反射镜M4和M5之间具有中间像平面17。所述中间像平面17近似地位于引导成像光束13经过反射镜M6的点处。
数学上可以通过下式描述投射光学系统16的反射镜M1至M6的自由形状反射面：
Z = cr 2 1 + 1 - ( 1 + k ) c 2 r 2 + Σ j = 2 N C j X m Y n
其中
j = ( m + n ) 2 + m + 3 n 2 + 1
Z表示自由形状表面在点x，y(x2+y2＝r2)处的弧矢高度。
c是对应于相应非球面的顶点曲率的常数。k对应于相应非球面的锥体常数。Cj是单项式XmYn的系数。典型地，基于投射光学系统16中所期望的反射镜的光学特性确定c、k和Cj的值。单项式的阶数m+n可以根据需要改变。更高阶的单项式可以导致有助于成像误差的校正但更难以计算的投射光学系统的设计。m+n可以采用3与大于20之间的值。
数学上还可以使用例如在光学设计程序CODE
Figure BPA00001229471300201
的手册中解释的泽尔尼克(Zernike)多项式描述自由形状表面。可选地，可以通过两维样条表面描述自由形状表面。它们的示例是贝塞尔(Bezier)曲线或非均匀有理样条(NURBS)。例如，可以通过xy平面中的一组点和它们各自的z值或这些点和它们各自的斜率描述两维样条表面。依据样条表面的类型，可以通过使用例如多项式或者在它们的连续性和可导性方面具有特定特性的函数在该组的点之间插值而获得整个表面。它们的示例是解析函数。
投射光学系统16的反射镜M1至M6的反射面的光学设计数据被列在下列表中。这些表中的第一个包含顶点曲率的各个倒数(半径)以及用于光学元件的光学表面与孔径光阑的距离值(厚度)，所述距离值对应于在从物平面开始的光束路径中的相邻元件的z距离。第二个表包含用于反射镜M1至M6的上述自由形状表面方程中的单项式XmYn的系数Cj，Nradus是归一化常数。第二个表之后的第三个表中列出了各个反射镜相对于反射镜的基准设计的y轴偏的绝对值(以mm为单元)以及x旋转。这对应于自由形状表面设计过程中的轴偏(在y方向上)和旋转(绕着x轴)的处理，以度数描述旋转的角度。
Figure BPA00001229471300202
Figure BPA00001229471300203
Figure BPA00001229471300211
Figure BPA00001229471300212
在图5中，参考标记18表示分配给中心物场点的主光线。参考标记19指图5中的物平面5的法线，所述法线穿过中心物场点。换句话说，主光线18和法线19相交在物平面5中。当主光线18继续沿着它的物平面5和像平面9之间的路径传播时，主光线18从法线19的距离单调地增加。当主光线18穿过像平面时，换句话说在中心像场点中，该距离等于物像位移dOIS。当主光线18距法线19的距离沿着物平面5与像平面9之间的光束路径单调地增加时，沿着整个光束路径的距离将没有增加。在投射光学系统16中，此距离连续地增加，直到主光线18入射到最后一个反射镜M6上。在主光线18在反射镜M6上的入射点与像平面9之间，此距离保持恒定。
比图1较具体的图6示出了配备了投射光学系统16的投射曝光设备1。特别地与上文已经关于图1至图5解释的那些元件对应的元件具有相同的参考标记，且不再详细讨论。
被光源2发射之后，照明光3起初被在图6中概略示出的聚光器20聚光。
对比于根据图1的图示，根据图6的图示示出了在图6中的像平面9的水平之下的水平上的光源2。因此，需要引导被聚光器20聚光的照明光3经过衬底支撑器12。
在根据图6的实施例中，照明光学系统6包括安置在聚光器20的下游的场分面镜21以及安置在所述场分面镜21的下游的光瞳分面镜22。所述两个分面镜21、22被用于获得照明光3在物场4上的强度分布和照明角度分布的一确定的设定。在聚光器20和场分面镜21之间，存在位于照明光3的光束路径中的中间焦点23。根据图5和图6的投射光学系统16的大的物像位移dOIS允许光束路径法向地(即垂直地)延伸到物平面5和像平面9。因此，在引导照明光3的反射镜上不需要过分大的入射角用于引导照明光3经过衬底支撑器12。
根据图6的包括投射光学系统16的投射曝光设备1具有855mm的中间焦点像位移D。该中间焦点像位移D定义为像场8的中心点与中间焦点23到像平面9的法线的穿过点的距离。
在根据图6的投射曝光设备1中，投射光学系统16与中间焦点像位移D的比为T/D＝1.75。
图7是与根据图6的包括投射光学系统16的投射曝光设备1的图6类似的图示，并包括照明光学系统6的另一实施例。与上文已经关于图1至图6(特别是图6)解释的元件的相对应的元件具有相同的附图标记，且不再详细讨论。
对比于根据图6的实施例的照明光学系统6，根据图7的实施例包括带有用于照明光3的通孔24的光瞳分面镜22。照明光3沿着聚光器20和场分面镜21之间的光束路径穿过通孔24。在根据图7的实施例中，中间焦点23位于通孔24的附近。
在根据图7的投射曝光设备1中，中间焦点像位移D为703mm。因此，投射光学系统16(与根据图6的投射光学系统16相同)的总长度T与中间焦点像位移D之间的比为T/D＝2.12。
在聚光器20与场面镜21之间的光束路径与物平面5和像平面9形成81°的角度γ。因此，光束路径偏离法线仅9°。
通过根据图7的照明光学系统6，获得了特别小的照明光入射到场分面镜21上的最大入射角。
投射光学系统7、14、15和16是光束引导元件，并因此仅包括反射镜。这些投射光学系统7、14、15、16因此被称为反射镜投射物镜。
当通过投射曝光设备1生产微结构元件时，第一步提供反射掩膜10与衬底11。接着，通过投射曝光设备1的投射光学系统7、14、15或16将在反射掩膜10上的结构投射到晶片11上的光敏层上。然后，光敏层被显影为晶片11上的微结构，所述微结构接着被形成为微结构元件。

Claims (25)

1.用于将物平面(5)中的物场(4)成像为像平面(9)中的像场(8)的用于微光刻的投射物镜(7；14；15)，所述投射物镜(7；14；15)包括
-至少六个反射镜(M1至M6)，其中至少一个反射镜具有自由形状反射表面，
-其中，所述投射物镜(7；14；15)的总长度(T)与物像位置(dOIS)之间的比小于12。
2.用于将物平面(5)中的物场(4)成像为像平面(9)中的像场(8)的用于微光刻的投射物镜(7；14；15)，所述投射物镜(7；14；15)包括
-至少六个反射镜(M1至M6)，其中至少一个反射镜具有自由形状反射表面，
-其中，所述像平面(9)是所述物平面(5)的下游的所述投射物镜(7；14；15)的第一个场平面。
3.根据权利要求1或2所述的投射物镜，其特征在于总长度(T)与物像位置(dOIS)之间的比小于5。
4.根据权利要求1至3之一所述的投射物镜，其特征在于所述自由形状反射表面是双锥表面。
5.用于将物平面(5)中的物场(4)成像为像平面(9)中的像场(8)的用于微光刻的投射物镜(7；14；15)，所述投射物镜(7；14；15)包括
-多个反射镜(M1至M6)，
其特征在于总长度(T)与物像位置(dOIS)之间的比小于2。
6.根据权利要求5所述的投射物镜，其特征在于包括至少六个反射镜(M1至M6)。
7.根据权利要求5或6所述的投射物镜，其特征在于所述反射镜(M1至M6)中的至少一个具有自由形状反射表面。
8.根据权利要求7所述的投射物镜，其特征在于所述自由形状反射表面是双锥表面。
9.根据权利要求5至8之一所述投射物镜，其特征在于所述像平面(9)是所述物平面(5)的下游的所述投射物镜(7；14；15)的第一个场平面。
10.用于将物平面(5)中的物场(4)成像为像平面(9)中的像场(8)的用于微光刻的投射物镜(16)，所述投射物镜(16)包括
-至少六个反射镜(M1至M6)，其中至少一个反射镜具有自由形状反射表面，
-至少一个在所述物平面(5)与所述像平面(9)之间的中间像平面(17)；
-其中，所述投射物镜(16)的总长度(T)与物像位置(dOIS)之间的比小于12。
11.根据权利要求10所述的投射物镜，其特征在于总长度(T)与物像位置(dOIS)之间的比小于5。
12.根据权利要求10或11所述的投射物镜，其特征在于所述自由形状反射表面可以使用表面方程描述：
Z = cr 2 1 + 1 - ( 1 + k ) c 2 r 2 + Σ j = 2 N C j X m Y n
其中
j = ( m + n ) 2 + m + 3 n 2 + 1
Z：所述自由形状表面在点x，y(x2+y2＝r2)处的弧矢高度；
c：表示相应非球面的顶点曲率的常数；
k：相应非球面的锥体常数；
Cj：单项式XmYn的系数。
13.根据权利要求1至12之一所述的投射物镜，其特征在于
-中心物场点的主光线(18)与
-所述物平面(5)的穿过所述中心物场点的法线(19)
之间的距离沿着从所述物场(5)开始并传播到所述像场(9)的所述主光线(18)的路径单调地增加。
14.根据权利要求1至13之一所述的投射物镜，其特征在于物像位置(dOIS)大于200mm。
15.根据权利要求1至14之一所述的投射物镜，其特征在于一方面的成像光束(13)入射到所述反射镜(M1至M6)之一上的最大(αmax)和最小(αmin)入射角之间的差与另一方面的所述投射物镜的像侧上的数值孔径的比最大为60°。
16.根据权利要求1至15之一所述的投射物镜，其特征在于所述像侧上的数值孔径至少为0.25。
17.根据权利要求1至16之一所述的投射物镜，其特征在于所述物场(4)和/或所述像场(8)的场尺寸至少是2mmx26mm。
18.根据权利要求1至17之一所述的投射物镜，其特征在于分配给所述物场(4)上的中心物场点的成像光束(13)的入射角(β)在5°至9°的范围中。
19.光学系统，包括：
-用于微光刻的照明光学系统(6)，用于引导由光源(2)发射的照明光(3)，以及用于照明物场(4)；
-投射光学系统(16)，用于将所述物场(4)成像为像场(8)；
-其中，将所述照明光学系统(6)设计为使得所述照明光(3)在所述光源(2)和所述物场(4)之间具有中间焦点(23)，
其特征在于所述投射光学系统(16)的总长度(T)与中间焦点像位移(D)之间的比小于5。
20.根据权利要求19所述光学系统，其特征在于所述投射光学系统是根据权利要求1至18之一所述的投射物镜。
21.根据权利要求19至20之一所述的光学系统，其特征在于所述中间焦点(23)被安排在所述照明光学系统(6)的元件(22)的通孔(24)的附近。
22.根据权利要求19至21之一所述的光学系统，其特征在于所述照明光学系统(6)包括聚光器(20)，以及最多三个用于引导所述照明光(3)的反射镜(21、22)。
23.投射曝光设备(1)，包括根据权利要求19至22之一所述的光学系统。
24.用于生产微结构元件的方法，使用以下步骤：
-提供掩膜母版(10)和晶片(11)；
-通过根据权利要求23所述的投射曝光设备将掩膜母版(10)上的结构投射到所述晶片(11)上的光敏层上；
-在所述晶片(11)上产生微结构。
25.使用根据权利要求24所述的方法生产的微结构元件。
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